— Григорий Анатольевич, история криптографии насчитывает четыре тысячи лет. В чём же гениальность и новизна разработок Клода Шеннона?
— Шеннон превратил криптографию из искусства, которым она была четыре тысячи лет, в науку, поставив её на прочный математический фундамент. При этом, как мне кажется, заниматься наукой ради науки он не хотел и всегда имел в виду какой-то конечный результат. Редчайшее сочетание инженерного и математического ума! Подростком он сделал «беспроводной телеграф», чтобы общаться с другом, который жил в километре от него. Уже создав теорию информации, он изобрёл электромеханическую мышь, которая искала выход из лабиринта. И это был один из первых экспериментов в так популярном сегодня искусственном интеллекте (хотя я предпочитаю говорить «искусственный разум»). В 1961 году, вместе с профессором математики Эдом Торпом, Клод Шеннон создал первый в мире ноутбук. Это не был ноутбук в сегодняшнем смысле слова, но это была специализированная машина для оценки вероятности при игре в карты. Они с Торпом ездили в Лас-Вегас, рассчитывали с помощью своей машинки вероятность выигрыша в рулетку и карты, играли и выигрывали! Интересная история, но Торп на этом не остановился, создал команду, которая ездила по казино, а много позже это вылилось в сценарий довольно популярного американского фильма «Двадцать одно» (2008 год).
— А чем он занимался во время Второй мировой войны?
— Во время войны Шеннон работал на войну: занимался математической криптографией. Я уверен, что именно тогда он и понял, что такое информация и как её измерять. В 1940 году Шеннон защитил диссертацию формально по математике, но, как сказали бы сегодня — диссертацию на стыке наук, мультидисциплинарную. Она называлась «Алгебра для теоретической генетики». Так что он уже имел опыт «внедрения» математики в другие области знания. Но когда в конце 1940-х его основные работы вышли в открытой печати, то американские математики его достижения не признали, посчитав, что там нет строгих доказательств. Зато признали советские. Особенно Андрей Николаевич Колмогоров, один из основоположников современной теории вероятности и, в частности, теории информации. Некоторые выдающиеся результаты Колмогорова 1950—1960-х годов вдохновлены работами Клода Шеннона.
В 1948 году Шеннон опубликовал статью «Математическая теория связи», в которой теория информации появилась сразу как законченная теория. Утром люди прочли статью и поняли: возникла новая наука.
В этой статье слово «код» приобрело два новых и разных смысла. Прежнее, привычное значение слова «код» (или «кодирование») — способ написания сообщения в таком виде, чтобы никто, кроме получателя, не смог его прочитать, то есть кодирование как шифрование информации. Новое значение слова «код» — это такой способ избыточного представления информации, который позволяет исправлять ошибки, возникающие при передаче или хранении информации. Наконец, третье значение — сжатие информации, то есть экономная запись сообщений в некотором алфавите. Старинный пример такого сжатия — азбука Морзе. И Шеннон нашёл ответ на вопрос, насколько мы можем сжимать информацию при условии, что хотим её точно восстановить.
— Работы Клода Шеннона совпали с появлением в мире самых первых компьютеров…
— Да, Шеннон про передачу информации сразу думал как про передачу ноликов и единичек. И первые компьютеры тоже опирались на двоичную систему. Это и было началом цифровой эры. Люди поняли, что можно всё оцифровывать. Более того, стало понятно, что можно передавать информацию совсем не так, как это делали раньше. Шеннон предложил новый способ борьбы с ошибками в канале связи, то есть борьбы с шумом. Раньше были фильтры, которые отфильтровывали шум, ну и, конечно, существовало простое решение — сделать помощнее сигнал. Но когда вы делаете сигнал мощнее, происходит перерасход энергии. И Шеннон предложил ввести избыточность. Люди знают, что когда они говорят или пишут, то их понимают, несмотря на невнятную дикцию или плохой почерк. Потому что в нашем языке уже заложены средства исправления ошибок — некорректного написания, нечёткого произношения. Наш язык очень избыточен. Шеннон показал, как можно эффективно вводить избыточность для языка из 0 и 1 для исправления ошибок. Избыточность — это когда мы в канал передаём не только нужную информацию, но ещё и приписываем «хвостик», тоже состоящий из битов. Принимая все эти биты вместе, мы можем исправить ошибки. Но у каждого канала связи есть пропускная способность, своего рода порог. Шеннон был первым, кто обнаружил пороговые эффекты в дискретной математике. На языке передачи информации это означает: пока вы передаёте информацию со скоростью меньше пропускной способности, вы можете сделать вероятность итоговой ошибки стремящейся к нулю. Но как только вы достигли пропускной способности, перешагнули чуть-чуть — всё. Вы почти всегда будете ошибаться. Такая тонкая грань: превысили скорость передачи информации на сотую долю процента, и всё рухнуло.
— Как эти идеи применяют на практике?
— В Институте проблем передачи информации (ИППИ) РАН можно увидеть фотографии Луны и Венеры. Их сделали в ИКИ РАН с помощью ИППИ РАН. Мы (тогда ещё СССР) послали ракету, она облетела, сделала снимок, но затем фотографии надо было передать на землю, учитывая, что при передаче из космоса будут ошибки, а энергия у передатчика небольшая. Естественно, что надо было фото сжать и при этом не потерять в качестве. Сейчас это умеет любая цифровая «мыльница». Но тогда шёл 1975-й, и тем не менее удалось получить первые фотографии с другой планеты!
Следующее впечатляющее применение идей Шеннона состоялось чуть позже, в 1982-м, когда компании Sony и Phillips выпустили первые компакт-диски (CD). На презентациях кто ножиком, кто ножницами, а кто с помощью джема(!) портили диск, вставляли опять в проигрыватели, и люди не слышали разницы в звучании. Это была фантастика! Конечно, как всегда во всех фокусах, там была некая заготовка. Царапины и прочие дефекты замечательно нейтрализовывались заложенным при записи кодом, который и исправлял ошибки.
Третий большой успех — цифровая фотография. Сегодня мы забыли про плёнки, про пункты проявления-получения фотографий. Всё это было бы невозможно без оцифровки непрерывных данных. В данном случае — пиксели, их всё равно нужно цифровать. Но этого мало, их также надо сжать. А так как фотографии очень избыточны, то их можно сильно сжать и почти не потерять в качестве, так что человеческий глаз не замечает различий.
После цифровой фотографии последовало то, что фотографию — в некотором смысле — убило: смартфоны. Они тоже не могли бы существовать без теории информации и, конечно, без прогресса в микроэлектронике.
— Смартфоны прошли много превращений, прежде чем стали смартфонами.
— Да. В середине 1990-х я жил в Штатах, и там уже были первые компании, которые занимались мобильной телефонией. Тем не менее все считали, что будущее за спутниковой связью. Оказалось наоборот: спутниковая связь существует, но в некой нише. Если вы плывёте на яхте и вам нужна связь, то потребуется спутник, поскольку в океане нет мачты GSM. Но тогда были проекты покрыть спутниковой связью весь земной шар, чтобы всё человечество могло говорить друг с другом через спутник. Это можно сделать, но будет дорого и неэффективно.
Первые мобильные телефоны сами по себе весили килограмма полтора, стоили десяток тысяч долларов, да и ежемесячный тарифный план — не одну сотню долларов. Думали: кто этим будет пользоваться?! А дальше произошла обычная вещь — улучшились технические характеристики, и число подписчиков из тысяч превратилось в десятки тысяч, а затем сотни тысяч, что привело к изменению масштаба ценообразования, а это, в свою очередь, к массовому потребителю. Вот тогда множество компаний стали этим заниматься, и сегодня мы не представляем свою жизнь без мобильного телефона.
Мы все помним фильм «Матрица» и телефон Nokia, с которым ходит герой. Этим телефоном можно пользоваться и сейчас, и он по-прежнему будет работать, что удивительно. Но молодёжь с такими уже не пойдёт. Маленький экран, не сенсорный, нет интернета. Мысль о том, что интернет будет в телефоне, тоже казалась противоестественной — телефон он и есть телефон.
— Расширение функциональности кажется безграничным…
— Вы знаете, нет. Есть и тупики. Вот пейджер — типичный пример тупика. Пейджеры закончились, их нет. Казалось бы, вроде всё то же самое — передаёт в цифровом виде информацию. Но недостаток функциональности, отсутствие голоса быстро превратили его в динозавра.
— Вы любите мечтать о будущем?
— Знаете, в 2001 году я жил в Париже. Это был год нового столетия. В мэрии города проводилась выставка картин 1900 года. Организаторы хотели показать, каким художники того времени видели Париж через сто лет. Было очень мило. Например, такая картина: на балкончике стоит красивая дама в одежде 1900-х годов, а к ней на биплане подлетает почтальон и подаёт ей конверт.
В то время думали, что в XXI веке главной проблемой города будет проблема вывоза навоза. Они посчитали количество конок, которые понадобятся в будущем, и ужаснулись: как это всё убирать? Где теперь эти конки, где навоз?
— Как у Кира Булычёва герой из будущего ходил «видеофонить на станцию»…
— Есть разный класс фантастики. Если вспомнить Рэя Брэдбери, который совершенно не был учёным, но был, очевидно, провозвестником, в его книге «451 градус по Фаренгейту» жена главного героя ходит с «ракушками» и всё время слушает музыку. Это же плейер! Она сидит на транквилизаторах, по-современному говоря, появление таких лекарств легко было предугадать. Но из-за чего у них возникает конфликт в семье? Оказывается, герой не купил жене четвёртую «стену». У неё есть комната, на трёх стенах которой она смотрит мыльную оперу, причём интерактивную. Она входит в эту комнату и там живёт. Это прекрасное попадание! Поэтому, если отталкиваться от социальных вещей, можно легко предсказать и технические вещи. Брэдбери не просто предсказал телевизор во всю стену, он предсказал интерактивное ТВ.
— Как дальше будут развиваться самые любимые наши технологии? Может быть, смартфон окажется вмонтирован в человеческий глаз?
— Нет, надо исходить не из того, что можно сделать, а из того, чего общество захочет. Как ни странно, произошедшие огромные футуристические достижения не меняют жизнь человека коренным образом. Существенно изменилась только скорость передачи информации, как, впрочем, и скорость передвижения самого человека. Но человеку по-прежнему нужно жильё — и это является основным в его жизни, практически во всех странах мира.
— Так же, как и с едой. Специалисты по питанию считают, что при всех новейших технологиях, позволяющих получать питание из таблетки, из пластыря, из порошка, самой популярной пищей всё равно останется традиционная.
— Не могу согласиться. Если завтра появится неорганическая еда, которая будет консервировать человеческий организм, потребляя которую, человек начнёт стареть в 10 раз медленнее, то люди плюнут на еду! Они будут есть порошки-таблетки и раз в неделю позволять себе буженинку. Вкусное и вредное… Но я не верю в появление таких таблеток.
— На что же мы будем ориентированы через 100 лет?
— Основные вложения в современном развитом обществе это уже не космос, и даже не оборона. Это здоровье. Сытая часть человечества больше всего интересуется здоровьем. Люди в среднем живут всё дольше, а рабочих мест всё меньше. И поэтому бoльшая часть человечества в ближайшем будущем окажется без работы. С работой останутся только незаменимые — сантехники и учёные. Всё остальное уйдёт. Такси без человека уже существует, и так будет везде. На самом деле мы это уже видим, просто оно не касается нас напрямую. Зайдите на любой завод, который производит автомобили. Люди там как придаток, почти всё штампуют и собирают автоматы. Метро в Дубае (ОАЭ) — это огромные две ветки, с большим количеством станций. Там нет машиниста! И ничего — люди привыкают. Войти в самолёт без пилота мы, наверное, побоимся, а в метро — уже нет.
— Может ли новый уровень прогресса наступить неожиданно быстро?
— Думаю, что нет. Потому что мы живём в эпоху «медленных скачков». Например, если в авиации сравнить Ту-154, который начал летать в конце 1960-х и уже 20 лет как не выпускается, и, скажем, аэробус А-320, который «моложе» на 20 лет и выпускается до сих пор, то они отличаются, но не принципиально, а скорость у Ту-154 даже больше. Также и автомобили. Ретро-кары, которым по 50—70 лет, тоже ездят. И хорошо ездят. Но у них нет автоматической коробки передач. Нет других улучшений, которые привносят в человеческую жизнь комфорт. Вообще, я думаю, человечество всё больше и больше будет стремиться к комфорту. Но принципиально мало что меняется. Научно-технической революции я не жду — почвы для неё не вижу, а вот эволюция будет. Собственно, как с мобильными телефонами. Их появление не связано с тем, что мы что-то новое открыли. Это продукт эволюции.
— Быстрой эволюции!
— Быстрой, да. Потому что здесь огромные деньги. И чем больше денег, чем больше рынок, тем быстрее идёт эволюция.
***
Мышь Шеннона
После создания эпохальных работ по теории информации обычный человек потратил бы остаток жизни на возделывание открытого им поля. Но Шеннон забросил теорию информации, переключился на вычислительные машины и в определённой степени на человеческий разум. В частности, в 1950 году он написал одну из первых статей по программированию компьютера для игры в шахматы. В том же 1950-м году он создал, пожалуй, самый известный свой робот — механическую мышь, которая могла находить и запоминать путь в лабиринте. Шеннон назвал её Тесеем, в честь древнегреческого героя, победившего Минотавра в лабиринте, откуда затем сумел выбраться. Это было первое в мире самообучающееся искусственное устройство.
Мышь Шеннона представляла собой постоянный магнит в деревянном корпусе с проводящими усиками, поставленном на колесики. Перемещалась она по лабиринту из 25 квадратов, разделённых произвольным образом подвижными алюминиевыми перегородками. Под полом лабиринта была схема из нескольких десятков электромеханических реле, управлявшая мышью посредством электромагнитов. Когда мышь натыкалась на стенки, она замыкала усиками их контакты. По заданному алгоритму мышь находила выход из лабиринта, а схема запоминала её путь. В следующий раз мышь уже не блуждала. Её можно было разместить в любом месте, где она уже была, и она шла непосредственно к цели. Когда мышь помещали на незнакомой территории, механизм начинал поиск уже известного местоположения.
О Тесее сняли короткометражный фильм, и Шеннон обрёл звёздную славу. А аналогичные устройства до сих пор рассматривают как часть программ создания самообучающихся машин.
